支持动态数据管理与时空过程模拟的实时GIS数据模型研究

正现实世界的地理现象在不断变化,人们总想知道这些地理现象的最新状态,甚至发展趋势。传统的空间数据获取方式已经不能满足这种时间敏感性应用的需求,现有时空数据模型强调海量历史时空序列数据的存储与关系维护,在实时性和模拟预测方面表现不足。本文在现有时空数据模型的基础上,分析了现实世界地理实体与现象时空变化过程的结构和规律,并参考传感器实时观测与Agent模拟的特点,利用面向对象技术构建了实     

一种基于对象和快照的混合地表覆盖时空数据存储模型

时空数据模型是数据库和时空数据分析研究热点之一。由于时空数据变化类型多、分析计算复杂及应用范围广,一种观点认为建立通用的时空数据模型具有高度复杂性。本文针对地表覆盖变化时空数据建库和时空分析应用需求,提出了基于对象和快照的混合时空数据模型。该模型用面向对象描述地表覆盖的斑块对象时空过程,组织管理斑块对象时空事件和空间、属性信息,同时用快照描述地表覆盖整体时空分布,组织管理栅格快照,两者通过基于时间和空间位置的逻辑关联关系形成混合模型。模型在表达对象自身变化的时空事件类型基础上,增加了不同分类对象之间互相转变的时空事件表达。该模型既可以用于对地表覆盖历史观测数据组织存储建库,又可以用于支持时空统计分析、时空演变模拟和时空数据挖掘。通过对黑龙江地区地表覆盖时空数据建库、查询检索、整体格局演变分析和斑块变化时空过程检索与表达的试验,验证了模型的有效性。     

基于双效机制的时空数据模型研究

地理特征对象是时空数据组织的基本单元,而事件是导致时空数据发生变化的根本原因。在分析、借鉴前人的时空数据管理方法的基础上,通过分析事件驱动的特征对象数据存储与管理机制,提出了一种基于特征和事件双效机制的TG IS时空数据模型。同时结合土地利用的时空数据特点,设计了基于该模型的时空数据的快速索引机制和时空数据库。实际运行表明基于该模型的TG IS系统设计方案能高效、快速、全面地实现时空数据的存储、管理和分析。     

基于ArcGIS Engine的一维水环境模拟的系统开发

为了方便地理信息和水文工作者动态模拟河流的水质污染情况,将GIS与水质模型结合,采用ArcGIS Engine为开发工具,对水环境模拟结果进行可视化的表达。提供了一种将地理数据和水质数据模型结合的方法。从而能够更高效、更合理的利用地理的作用提高水质管理的科学性和直观性。     

地理学视角下测绘地理信息再透视

系统回顾了地理信息系统产生以来地理信息内涵发展与拓展的主要历程,指出地理信息的定义一直是在"空间+属性"的地图信息基本框架下逐步扩展,其发展历程经历了地图GIS、语义GIS、时空GIS和大数据GIS 4个不同的阶段,但仍无法满足时空大数据的分析和应用需求。从地理学研究的对象和内容出发,对地理学所需要的"地理信息"的内涵和外延进行了系统的梳理总结,提出了涵盖"空间定位""语义描述""属性特征""几何形态""演化过程""要素相互关系"的地理信息六要素表达模型。在地理定律和地理规律的指导下,面向地理现象空间分布、时空格局、演化过程、相互作用机理的集成表达、系统分析和高效管理,设计了六要素集成表达的几何代数统一GIS数据模型、地理规律与相互作用驱动的新型GIS数据结构、非结构化时空数据组织与存储等关键技术,为测绘地理信息走向地理科学信息提供了另一个理论基础与技术方法支撑,有助于提升GIS对地理格局、演化过程和要素相互作用等地理规律的组织、管理、表达和分析能力。     

面向过程的时空数据模型研究

根据近20年来时空数据模型的研究现状、存在问题及其原因剖析,以连续渐变地理实体的表达、组织和存储为研究对象,提出面向过程的时空数据模型。根据连续渐变地理实体的内在特性,将其分级抽象为过程对象系列,进一步探讨过程对象及过程对象间逻辑关系,并设计其UML模型结构及物理存储结构。通过抽象的过程对象隐式地记录地理实体动态变化机制,及自定义的过程对象存储表提供演变机制的函数接口模式,实现连续渐变地理实体的过程化组织、存储与动态分析。最后,以海洋数据的过程化组织与分析为例,构建时空过程模型原型系统(海洋过程对象—关系数据库系统与功能分析平台),验证和评价该模型的实用性。     

一种基于特征-语义的时空数据组织方法

在全面研究时空数据模型理论及构建方法的基础上,本文采用面向特征的数据模型构建方法结合时空语义思想,并引入无缝时空理念,探讨了一种基于特征的无缝时空数据模型构建方法。该模型将地理时空过程特征抽象为特征对象、特征事件、特征过程,不仅能够实现地理实体的空间数据组织及复杂拓扑分析,而且,通过描述特征事件、特征过程及其相互关系实现时空语义表达,进而实现海量信息存储以及高层次时空分析,也为通用性时空数据模型的构建提供了一种新思路。     

面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态3维表示模型

针对飞行器可视导航中复杂空地环境时空要素统一精准表示的难题,本文提出了面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态3维表示的GIS数据模型和相应的时刻数据存储结构,并用UML图进行了描述。该模型综合考虑了复杂空地环境要素多维、动态、边界模糊等特点,刻画了多维动态时空数据在空间、时间、尺度、语义四个方面的特征及其相互关系。最后,以某机场的空地环境数据的组织、分析和可视化为例,验证了该模型的实用性。     

基于分布式内存计算的空间数据近似查询处理方法

<正>地理数据交互式可视化与空间分析等是地理信息系统(Geographic Information System,GIS)应用的重要功能,而现有的地理空间数据库与地理数据服务标准难以满足实时数据可视化及空间分析的要求。根源在于空间数据库中地理要素的查询结果是精确、唯一的;查询时间和数据量只与要素本身相关;查询时地理要素无法根据条件动态生成。而在实际应用中,地理要素可以是近似     

面向仿真事件的战场地理环境时空过程建模

已有的战场环境仿真模型缺乏作战实体与地理实体和地理现象之间相互影响及交互作用的语义表达,难以反映时空条件下地理环境实体的动态变化规律。提出了一种面向仿真事件的战场地理环境时空过程模型,实现时空过程语义的一体化描述以及结构化存储,从语义角度表达时空对象之间的相互作用和影响关系。该模型采用本体的方法集成描述仿真事件、环境实体及其行为过程的时空语义和属性语义,基于面向对象的方法构建具有层次结构的时空过程语义逻辑关系,按照数据模型的语义特征建立时空过程数据的组织与存储结构。基于该模型设计战场环境仿真平台组件并在仿真系统中应用,实验表明,与传统仿真模型相比,该模型能更好地记录和表达时空过程语义变化信息。     

An Event‐driven Spatiotemporal Data Model (E‐ST) Supporting Dynamic Expression and Simulation of Geographic Processes

The wide use of various sensors makes real‐time data acquisition possible. A new spatiotemporal data model, the Event‐driven Spatiotemporal Data Model (E‐ST), is proposed to dynamically express and simulate the spatiotemporal processes of geographic phenomena. In E‐ST, a sensor object is introduced into the model as a flexible real‐time data source. An event type that is generating and driving conditions is registered into a geographic object, so an event can not only express spatiotemporal change in a geographic object, but also drive spatiotemporal change in some geographic objects. As a dynamic GIS data model, the E‐ST has five characteristics – Temporality and Spatiality, Real‐time, Extendability, Causality, and Realizability. Described and realized in UML, a test‐case deployment demonstrating the impact of urban waterlogging on traffic confirms that a spatiotemporal change process in a geographic phenomena is expressed and simulated by this model. Summarizing this work, four directions for future research are outlined.     

三维虚拟地球中移动对象的时空数据组织方法

针对三维虚拟地球中实时GIS数据组织、管理与动态可视化的要求,设计了三维虚拟地球中移动对象的时空数据组织方法。提出了基于HR-tree扩展的时空索引方法,实现了对虚拟地球中移动对象的检索与查询,并基于三维虚拟地球平台对本文方法进行了实验,结果验证了本文方法的有效性和可行性。     

Dynamic GIS Case Studies: Wildfire Evacuation and Volunteered Geographic Information

Incorporating the temporal element into traditional GIS is a challenge that has been researched for many years and has many proposed solutions. The implemented system "Extended Dynamic GIS" or EDGIS is based on the "geo-atom" and Space Time Point (STP). EDGIS provides a platform for spatiotemporal data representation, storage, and query in order to address the need for a dynamic GIS to manage complex geographic data types. The system has the capability of executing spatiotemporal object interaction queries (OIQs) such as crossing and coincidence of field-objects and object-fields. In this article existing dynamic GIS analysis techniques are further improved and enhanced through exploration of more in-depth case studies. Further examined here are applications to wildfire evacuation modeling and travel scenarios of urban environments with individuals providing volunteered geographic information (VGI). The EDGIS platform provides a means for interacting with a range of dynamic geographic phenomena. The areas of transportation, location based services (LBS), hazards, and geo-sensor networks provide challenges intertwined with the above applications as well as additional challenges pertinent to the ongoing GIScience research topic of spatiotemporal GIS. Using EDGIS to explore the described case studies of wildfire evacuation as well as VGI provides the advancements described above and demonstrates implemented uses for dynamic GIS.     

面向地理环境主体GIS初探

依据人地关系理论，提出发展面向地理环境主体的GIS理念。面向地理环境主体的GIS，主要研究在相关地理生态与社会经济环境中关于主体时空分布、社会经济活动行为时空特征与规律的表达、计算、模拟与分析。探讨了面向地理环境主体GIS的主要特征，以及智能体建模、时空行为数据模型与可视化表现方法。     

Use of a Three-Domain Repesentation to Enhance GIS Support for Complex Spatiotemporal Queries

As the development of Geographic Information Systems (GIS) proceeds to advanced scientific and societal applications, there is an emerging need to enhance GIS support for complex spatiotemporal queries. Dynamic GIS representations (as opposed to static, map-based representations) that can integrate proper data elements in the production of geographic information are required. This paper demonstrates the use of a three-domain representation that facilitates compilation of higher-level information (such as frequency and rate) from preliminary data records (such as time and location) stored in a database. The three-domain representation is compared with snapshot, space-time composite, and spatiotemporal object models using a sample data set for forest transitions. While the three-domain representation is a normalization of these data models, it offers a conceptual alternative that enables GIS to represent spatiotemporal behaviors of geographic entities, in addition to entities as well as histories at locations as emphasized in most GIS data models. The comparison shows that the three-domain representation has combined the strengths of the space-time composite and spatiotemporal object models. Moreover, it enables aggregations of analytical use along with dynamic mappings between geographic concepts and locations, a distinct capability that takes GIS query processing beyond the level of information support offered by static map-based data models.     

一站式地理大数据智能化平台构建

本文基于地理大数据体系，探讨了“GIS+BI”的研究思路，通过对地理大数据的采集、存储、管理、共享、关联分析和可视化展示，建立一种新的地理信息数据管理和分析模式，满足国情监测、基础测绘、地籍调查、资源审计等多元应用需求。并以“地理大数据仓库”为建设理念，构建数据生态模型，建成一个“标准统一、信息全面、富有活力、随需而变、方便易用”的以地理大数据为核心价值的一站式地理大数据智能化平台，实现地理大数据可视化、动态化的智能分析，快速响应，最大限度地发挥数据的价值，让数据成为生产力。     

Assessing Similarity of Geographic Processes and Events

The increased availability of spatiotemporal data collected from satellite imagery and other remote sensors provides opportunities for enhanced analysis of geographic phenomena. Much of the new data includes regular snapshots of the environment. Comparison of these snapshots can provide information about changes to the phenomena of interest. However, conventional GIS data models and analytical tools lack capabilities to adequately handle massive multidimensional data. One of the fundamental tools necessary to meet such challenges is query support to retrieve and summarize data according to dynamic geographic phenomena, such as geographic events and processes, of interest. Such query support depends upon abilities to assess spatiotemporal similarity so that data representing geographic events that exhibit the spatiotemporal characteristics of interest can be identified in a GIS database. To this end, this paper introduces a method to assess similarity of geographic events and processes (such as storms) based on their spatiotemporal characteristics (such as distribution of precipitation). We developed six indices to capture static and dynamic characteristics of geographic events and applied the Dynamic Time Warping method to temporal sequences of the six indices to examine the similarity among these events. With a case study, we demonstrated the proposed indices and method capable of comparing spatiotemporal characteristics of events as recorded in a GIS database and categorizing spatiotemporal data into groups of events according to their behavior in space and time.     

人物经历信息模型及其信息提取方法

在当前地理信息系统应用中,人物信息的时空解读非常重要,有助于地理研究者生成多种类型的专题地图,实现相关地理内容的表达。在分析现有人物数据模型特点的基础上,结合地理应用需求和信息提取技术的发展现状,提出了一种突出人物时空特征的经历信息模型。以网络百科数据为例,实现了模型中各要素的提取,有效解决了事件描述识别和位置信息提取两个重点问题。测试和分析结果表明,该事件描述的抽取方法具有较强的实用性,而位置信息提取方法在标注语料有限的情况下,也取得了一定的效果,得出了较好的实验结论。     

森林火灾三维可视化快速模拟及输出系统设计

以森林火灾为示范,以火灾地区的多元地理信息数据为基础,结合火灾专题数据,采用适用性强的火灾蔓延模型,研发森林火灾的三维仿真模拟可视化示范系统,实现对火灾发生,发展,蔓延情况的实时模拟。利用三维GIS技术对承灾体受灾情况进行逼真表达并输出模拟灾情产品,为相关部门的灾害预警、监测、救援、分析、统计和应急预案制定提供支持。     

GIS实时数据可视化研究

实时数据记录了自然与人为现象的实时变化情况。为了更直观地表达实时数据,并充分利用GIS中空间数据分析能力,需要用地图语言描述实时数据,即实时数据可视化。考虑到实时数据可视化的需求,本文提出了实时数据可视化方法并以此为基础设计实现了实时数据可视化系统。